В современных условиях общество предъявляет высокие требования не только к уровню знаний выпускников школ, но и к умению работать самостоятельно, к способности рассматривать проблему с точки зрения различных наук. Один из возможных способов достижения этих целей – учебно-исследовательская деятельность школьников. Важнейшее условие успеха учебно-исследовательской деятельности – использование межпредметных связей по биологии, химии, экологии, географии и д.р. предметам. Примером организации учебного исследования может быть исследование экологии дачного участка.
Объектом исследования может быть дачный участок, расположенный как за чертой города, так и в жилых массивах.
Предметом исследования может быть:
- Географическое положение дачного участка
- Исследование загрязнения воздуха выхлопными газами
- Анализ состояния поверхностных и грунтовых вод, качество осадков
- Определение кислотности и засоленности почвы
- Изучение биотической среды
- Определение содержания нитратов в растениях, выращенных на участке
- Определение путей утилизации отходов
Описание программы исследований
1. Географическое положение участка
При описании географического положения участка необходимо указать площадь участка, расположение относительно города, крупных промышленных предприятий, автодорог, водных магистралей, расположение грунтовых вод, розу ветров, удаленность от крупных лесных массивов.
В выводах указать об удачном (неудачном) расположении участка, о влиянии различных экологических факторов на экосистему и возможности регулирования их отрицательных воздействий.
2. Исследование загрязнения воздуха выхлопными газами
Ход работы
- выделить участок дороги протяженность 100м;
- подсчитать число единиц транспорта, проходящего по участку за 15 мин., умножив на 4, узнать численность за 1час (N);
- рассчитать общий путь (S) за 1 час S = N*100м;
- рассчитать количество топлива, сжигаемое двигателями автомашин (R), R = S*К, где К – расход топлива на 1км пути в литрах, для бензиновых двигателей он составляет 0,1л, для дизельных – 0,4л;
- рассчитать по количеству израсходованного бензина количество образованных вредных выбросов на выбранном участке, учитывая, что при сгорании топлива, необходимого для пробега 1км, образуется 0,6л угарного газа (СО), 0,1л углеводородов, 0,04л оксида азота (4) (NO2). При сгорании дизельного топлива вредных выбросов образуется в 4 (!) раза меньше;
- для определения загрязненности воздуха сернистым газом (SO2) можно воспользоваться методикой биоиндикации: выбрать несколько невысоких сосен (на участке или рядом с участком) и произвести замеры междоузлий побегов за последние 5 лет; вычислить средние показатели (сложить размеры междоузлий одного года у всех деревьев и разделить на количество деревьев); начертить график, отражающий зависимость годичного прироста с течением времени;
- на основании полученных результатов сделать выводы.
3. Анализ состояния поверхностных и грунтовых вод, качество осадков.
Определение типа источника воды
Для определения типа источника воды можно воспользоваться классификацией подземных вод в зависимости от условий их залегания:
| Название подземных вод | Условия залегания | Использование |
| Почвенные воды | Находятся в почве | |
| Верховодка | Ближайшая к земной поверхности, не имеет сплошного распространения, накапливается, исчезает за счет испарения или перетекания в более глубокие горизонты | Для водоснабжения непригодна |
| Грунтовые воды | Первый постоянный водоносный горизонт, не имеет сверху сплошного покрова водонепроницаемых горных пород, подвержен сезонным колебаниям уровня и расхода | Широко используется для водоснабжения городов и населенных пунктов (скважины колодцы, родники) |
| Межпластовые воды | Глубокий водоносный горизонт, имеет сверху сплошной покров водонепроницаемых горных пород | Имеют важное значение для водоснабжения, особенно в районах, в которых загрязнены поверхностные и грунтовые воды |
| Артезианские воды | Напорные межпластовые воды, при вскрытии водоносного пласта фонтанируют | Широко используются для водоснабжения |
Качественная оценка цветности воды путем сравнения проб воды с дистиллированной водой
Ход работы
- в стакан из бесцветного стекла налить исследуемую воду и дистиллированную воду;
- рассмотреть стаканы на фоне белой бумаги при ярком дневном освещении сверху и сбоку;
- при наличии окраски зафиксировать цвет
Оценка прозрачности воды
Ход работы
- на дно стеклянного цилиндра (h =350 мм) поместить фарфоровую пластинку виде креста толщиной 1мм;
- в цилиндр налить исследуемую воду до уровня, когда перестанет просматриваться крест.
Питьевая вода должна иметь прозрачность по кресту не менее 300 мм.
Определение количества взвешенных частиц в воде
Ход работы
- бумажный фильтр высушить в сушильном шкафу при температуре 105°С и взвесить на химических весах с точностью до 1мг;
- воду взболтать и пропустить через фильтр;
- фильтр высушить в сушильном шкафу и взвесить на химических весах;
- количество взвешенных частиц, осевших на фильтре, определить по формуле и полученное значение пересчитать на 1л воды:
Х = В – А/ V, где, Х – масса взвешенных частиц в 1л воды, г; В – вес фильтра со взвешенными частицами, мг; А – вес бумажного фильтра до фильтрования, мг; V – объем исследуемой воды, мл.
Мутность питьевой воды должна быть не более 1 мг/л, а в весеннее время – не более 2 мг/л.
Оценка запаха воды
Ход работы
- в колбу с притёртой пробкой налить 2/3 объёма воды, сильно встряхнуть в закрытом состоянии;
- открыть пробку и оценить запах по шкале интенсивности запаха:
| Интенсивность | Балл | Характеристика запаха |
| Никакого | 0 | Запах не ощущается |
| Очень слабый | 1 | Запах обнаруживается только опытным наблюдателем, а вы его не чувствуете |
| Слабый | 2 | Запах обнаруживается только тогда, когда на него кто-то обратит внимание |
| Заметный | 3 | Запах, который вы сразу замечаете |
| Отчетливый | 4 | Запах обращает на себя внимание, заставляющий отказаться от питья |
| Очень сильный | 5 | Запах настолько сильный, что вода для питья непригодна |
В питьевой воде при температуре 20°С допустимо наличие запаха – не более 2 баллов.
- дать характеристику запаха и определить вид загрязняющих веществ:
| Запах воды | Вещества, загрязняющие воду |
| Химический | Промышленные сточные воды, химическая обработка воды |
| Хлорный | Свободный хлор |
| Углеводородный | Стоки нефтеочистительных заводов |
| Затхлый | Органические вещества |
| Лекарственный | Фенолы |
| Сернистый | Сероводород – показатель сильного загрязнения воды гниющими животными отбросами |
| Гнилостный | Застоявшиеся сточные воды |
| Землистый | Сырая земля |
Оценка вкуса воды (интенсивность и характер) при температуре 20°С
Пробу воды на вкус можно производить только при уверенности её безвредности, в сомнительных случаях, воду следует предварительно прокипятить в течение 5 мин., затем охладить до температуры 20°С и потом пробовать на вкус:
| Интенсивность | Характеристика | Баллы |
| Нет | Вкус и привкус не ощущается | 0 |
| Очень слабая | Вкус и привкус не ощущается потребителем, обнаруживается только опытным исследователем | 1 |
| Слабая | Вкус и привкус замечается потребителем, если обратить на это его внимание | 2 |
| Заметная | Вкус и привкус вызывают неодобрительный отзыв о воде | 3 |
| Отчетливая | Вкус и привкус заставляют воздержаться от питья | 4 |
| Очень сильная | Вкус и привкус вызывает отвращение к воде | 5 |
В питьевой воде допускается привкус при температуре 20°С не более, чем 2 балла.
| Характер вкуса | Характер привкуса |
| Соленый | Рыбный |
| Горький | Металлический |
| Кислый | Хлорный |
| Сладкий | и т.д. |
Ход работы
- подготовленную воду набирают в рот маленькими порциями, держат во рту несколько секунд и определяют вкус и привкус, не проглатывая.
Оценка качества атмосферных осадков (дождевая вода, снег)
Наблюдение за качеством атмосферных осадков может включать определение рН, оценку количества содержащихся в них нитрат-ионов, сульфат-ионов.
Ход работы
- определение pH – наполнить пробирки собранной водой, опустив в них полоски индикаторной бумаги, результаты сравнить со шкалой, записать данные;
- обнаружение сульфат-ионов
Реагенты: хлорид бария (10г ВаCl2* Н2О растворить в 90 г воды); соляная кислота (16 мл соляной кислоты ρ = 1,19 г/мл) растворить в воде и довести объем до 100мл.
Условия проведения реакции: рН < 7.0; температура комнатная.
Методика: к 10 мл воды прибавить 2-3 капли раствора соляной кислоты и прилить 0,5 мл раствора хлорида бария. При концентрации сульфат-ионов более 10 мг/л выпадает осадок:
SO42- + Ba2+ = BaSO4↓
Осадок нерастворим в соляной и азотной кислотах.
- обнаружение нитрат-ионов
Реагент: дифениламин (1г дифениламина растворить в 100 мл серной кислоты ρ = 1,84 г/мл).
Условия проведения реакции: рН < 7.0; температура комнатная.
Методика: к 1 мл воды по каплям добавлять реагент. Бледноголубое окрашивание наблюдается, если концентрация нитрат-ионов более 0,001 мг/л, голубое – 1 мг/л, синее – более 100 мг/л.
На основании полученных результатов сделать выводы.
4. Определение кислотности и засоленности почвы
1. Определение кислотности почвы
Ход работы
- в пробирку поместить почву (столбик почвы должен быть 2-3 см). Прилить дистиллированную воду, объём которой должен быть в три раза больше объёма почвы. Закрыть пробирку пробкой, тщательно встряхнуть в течение 1-2 минут;
- профильтровать полученную смесь почвы и воды. Почва останется на фильтре, а собранный в пробирку фильтрат представляет собой почвенную вытяжку (почвенный раствор;
- взять универсальный индикатор, нанести на него палочкой почвенный раствор, определить по окраске универсального индикатора рН почвенного раствора;
- составить картограмму кислотности почвы с различных участков.
По химическому составу почвы бывают: сильнокислые – рН меньше 4,5; среднекислые – рН 4,6 – 5; слабокислые – рН 5,1 – 5,5; близкие к нейтральным – рН 5,6 – 6; нейтральные рН 6,1 – 7; слабощелочные – рН 7,1 – 8; щелочные – рН 8,1 – 9.
Сделать выводы на основании данных о необходимых условиях для возделывания сельскохозяйственных культур:
Слабощелочная и нейтральная почва – хорошо произрастают свекла фасоль; нейтральная – кукуруза, горох, бобы, капуста, кабачок, томат, подсолнечник; слабокислая – картофель, редька, огурец, морковь, малина.
2. Определение засоленности почвы
Ход работы
- определение карбонат - ионов
Реактив: 10%-й раствор соляной кислоты (HCl).
Методика: к пробе почвы добавить несколько капель 10%-й соляной кислоты. Если почва содержит карбонат- ион, то под действием кислоты начнется выделение углекислого газа. Почва как бы «вскипает»:
CO32- + 2H+ → CO2↑ +H2O
- определение хлорид - ионов
Реактивы: 10%-й раствор азотной кислоты (HNO3) и раствор нитрата серебра (AgNO3)
Методика: подготовить водную вытяжку почвы: 25 г почвы поместить в коническую колбу, добавить 50 мл дистиллированной воды. Взболтать содержимое колбы и дать отстояться в течение 5 – 10 минут. Еще раз взболтать и после отстаивания профильтровать; отлить в пробирку 5 мл почвенной вытяжки, добавить несколько капель 10%-й азотной кислоты и по каплям добавлять раствор нитрата серебра. Если хлориды присутствуют, то образуется хлопьевидный белый осадок хлорида серебра:
Ag+ + Cl- → AgCl↓
- определение сульфат-ионов
Реактивы: концентрированная соляная кислота (HCl) и раствор хлорида бария (BaCl2)
Методика: к 5 мл почвенной вытяжки прилить несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл раствора хлорида бария. Если почва содержит сульфат-ион, то появляется белый тонкодисперсный (молочный) осадок сульфата бария:
SO42- + Ba2+ = BaSO4↓
- определение солей натрия
Методика: нихромовую проволоку прокаливают в пламени спиртовки докрасна, затем вносят в исследуемый раствор, а после – в пламя спиртовки (во внешнюю часть) и отмечают цвет пламени. Ионы натрия обнаруживаются по яркожелтой окраски пламени.
На основании полученных сведений о кислотности и засоленности почвы сделать выводы.
5. Изучение биотической среды
Ход работы
- составить списки растений и животных дачного участка;
- классифицировать, выделив группы растений: культурные, лекарственные, сорные и д.р.; можно указать возраст деревьев и кустарников, ярусность, урожайность сельскохозяйственных культур;
- в списках животных выделить группы консументов и редуцентов;
- составить пищевые цепи и пищевые сети, проанализировать потоки веществ и энергии;
- сделать выводы.
6. Определение содержания нитратов в растениях, выращенных на участке
Материалы и реактивы: предметное стекло, пипетка, 1%-ый раствор дифениламина в серной кислоте (ρ = 1,84 г/мл).
Определение нитратов проводят на поперечных срезах растений: стеблей, листьев, бутонов, цветков, корней, клубней и д.р.
Ход работы
- свежий срез, поместить на предметное стекло, нанести одну каплю реактива;
- определить окраску среза и по таблице установить меру содержания нитратов в растении и сделать выводы:
| Окраска среза | Содержание нитратов |
| Нет окраски | Очень острая нехватка |
| Бледноголубая, быстро исчезает | Острая нехватка |
| Голубая окраска проводящих сосудов, быстро исчезает | Нехватка |
| Срез и сок голубой окраски, исчезает через 2-3 минуты | Слабая нехватка |
| Срез и сок синие, окраска сохраняется несколько минут | Очень слабая нехватка |
| Срез и сок окрашены в интенсивно синий цвет, окраска сохраняется некоторое время | Норма |
| Срез и сок темносиние, окраска устойчивая | Избыток |
7. Определение путей утилизации отходов
Ход работы
- определить вид отходов (бумага, древесина, зеленая масса, пищевые отходы, пластик, стекло, кирпич, цемент, металлические изделия, ткань, резина, кожа и д.р.);
- определить способ утилизации (сжигание, компост, вторичное использование, сбор и хранение с последующим вывозом на организованную свалку);
- сделать выводы.
В результате исследовательской деятельности можно дать характеристику экосистемы дачного участка, что позволит увидеть перспективы развития этой экосистемы, разработать рекомендации дачникам.
Литература
- Астафуров В.И. Основы химического анализа.- М.: Просвещение, 1982, 159с.
- Аранская О.С., Бурая И.В. Проектная деятельность школьников в процессе обучения химии. - М.: Изд. Центр Вентана – Граф, 2005, 281с.
- Зверева А.Т., Зверева Е.Г. Экология 7-8 класс. - М.: Оникс 21 век, 2002, 333с.
- Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология 10(11) класс. – М.: Дрофа, 2005, 251с.
- Шипарева Г.А. Элективные курсы химия 8-9. - М.: Дрофа, 2006, 80с.